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工廠自動化 是可持續制造的關鍵

记 WESTERN DIGITAL SANDISK 上海封裝及測試工廠

By DIDIER CHAVET and SHEKAR KRISHNASWAMY

近年來,“可持續制造”越來越受到重視,這個詞體現 了這樣一種生產策略,即不僅解決傳統的業務和經濟問 題,也尋求最大限度減輕不利的環境和社會影響。[1]

為了提高制造流程的可持 續性,許多制造商採用工廠自 動化這一關鍵策略,因為該策 略可減少污染、庫存、不必要 的加工環節和設備空載時間。 SanDisk 上海封裝及測試工廠的 試點項目展示了這一方法的良 好前景(見圖 1)。


圖 1. Western Digital SanDisk (西部數據閃迪) 上海封裝及測試工廠的物料搬運正在實現自動化, 以邁向更具可持續性的制造發展道路。

SanDisk 現為Western Digital Corporation 旗下品牌, 是 NAND 閃存存儲解決方案的全 球領導者,其解決方案是全球 多家最大型數據中心的核心方 案,並通過嵌入方式,應用到 高端智能手機、平板電腦和個 人電腦。SanDisk 上海工廠擁 有領先的封裝和測試操作室,可 生產經完全封裝和測試的閃存模 塊。另外,SanDisk 在馬來西亞居 林也有經營工廠。

SanDisk 上海工廠的自動化 項目使用機器人車輛和倉儲 系統以及工廠實時調度和作業 管理軟件來實現物料搬運的自 動化。

在利用工廠自動化策略來 滿足先進制造要求上,SanDisk 上海工廠走在了行業前列。該 工廠實施了一系列自動化項目 (參見圖 2),物料搬運就是最 近開展的項目。過去十年裡, 這些項目已實現了車間執 行、質量、移動應用等功能, 並將在未來的自動化系統中用 於大數據和工業物聯網 (IoT) 技 術。


圖 2. 自十年前部署車間執行系統以來,Western Digital SanDisk 上海封裝及測試工廠的自動化程度 越來越高。大數據和工業物聯網技術也正逐漸運用於該工廠的自動化系統。

化繁為簡

半導體制造在很多方面 具有內在的復雜性,如人力 資源管理、越來越苛刻的工 藝要求、不斷變動的設備要 求、材料復雜性和對復雜供 應鏈的依賴。

這些挑戰現在也延伸到半 導體封裝及測試工廠,因為當 前封裝技術愈趨復雜,需要此 類工廠更充分地利用類似晶圓 制造廠的運營方式與生產策略 這些復雜因素若解決不 當,會造成浪費(見圖3), 進而會影響工廠的關鍵績 效指標,最終會影響企業的盈利。


圖 3. 半導體生產廠存在多種不同來源和類型的浪費。工廠自動化可減少浪費,從而提高生產可持 續性和利潤。

工廠自動化系統解決了這 些復雜性問題,此類系統能夠 實現資源的最佳規劃和利用, 有助於最大程度減少浪費,降 低基建和經營成本。這對可持 續生產和盈利能力至關重要, 因為客戶訂單和優先級可能會 頻繁變動,從而影響工廠車間需求和生產量。如果生產系統無 法應對這些需求變動,就會產生 浪費。

減少錯誤和浪費

在 Sandisk 上海工廠,以往 的物料搬運涉及到許多手動和半 自動流程,這些流程可能會引發 錯誤,造成材料浪費,給加工和 半成品 (WIP) 環節帶來不必要的 生產瓶頸。此外,產品加工本身 已經變得極其復雜,以至於操作 人員無法理解所有決策方案並做 出最佳決策。

SanDisk 決定使用自動化軟 件來解決這些問題。該項目的具 體目標是,確保在正確的時間將 所需的加工材料自動輸送到正確 的工具。

Real-Time Dispatch (RTD) 和 Activity Manager 均為應用材料公 司的自動化生產力系列 (APF) 軟 件套件的組件,該工廠選擇這 兩個組件來實現制造過程關鍵 步驟的自動化。這包括監控 容易造成瓶頸的重要生產設備, 如貼片和引線鍵合工具。

如貼片和引線鍵合工具。 應用材料公司的 RTD 和 Activity Manager 系統提供了兩個 關鍵功能。一個功能是輕鬆構建 一套便於實現最佳生產量的調度 規則,另一個是通過工作流管理 系統來實施這些規則。

由此打造的物料搬運系統, 能夠自動預測車間狀況並作出反 應,以實現最佳生產量。例如, 如果某個生產工具需要在特定時 間加工特定產品批,系統會根據 之前的處理步驟,自動獲知該產 品批的位置。然后,系統將調度 自動化機器人車輛 (ARV),取回 產品批,放到工具上。加工完成 后,系統會自動將產品批送往所 需的下一個處理環節,或將其存 放在倉庫中。整個系統的原理圖 如圖 4 所示。


圖 4. 上述 Western Digital SanDisk 上海封裝及測試工廠高度自動化的物料搬運系統與工廠現有的車 間執行與工廠自動化監控系統結合在了一起。

目前,SanDisk 上海工廠的 物料搬運項目已見成效。包括成 功利用 Applied RTD 將產品批分 配到設備,以及通過應用材料公 司的 Activity Manager 系統(使用 RTD 的調度結果)啟動產品批 運輸任務。

通過將這些項目任務與自 動引導車 / 機器人車輛 (AGV/ ARV) 系統的物理和控制系統相 結合,公司能夠提高制造流程的 統一性和一致性,從而降低不 同批次產品之間的差異,並減 少操作錯誤和延遲。

該項目的下一階段將解決 固有的物流瓶頸問題,並優化 物理系統,以實現更高水平的 設備利用率。

結論

SanDisk 上海工廠的物料搬 運項目証明了工廠自動化在減 少浪費、改善制造流程可持續 性以及提高封裝和測試業務利 潤方面的作用。

迪迪埃·查維特 (DidierChavet) 是 WesternDigital 旗下 SanDisk 亞太區 IT 硅營運部負責人, 謝加·克裡希 納斯瓦米 (ShekarKrishnaswamy) 是應 用材料公司的業務開發經理。

欲知詳情,請聯系 didier.chavet@sandisk.com or shekar_krishnaswamy@amat.com

[1] http://www.mckinsey.com/business-functions/sustainability-and-resource-productivity/our-insights/sustainabilitys-strategic-worth-mckinsey-global-survey-results